串行乘法器与并行乘法器的设计
各种乘法器比较

各种乘法器⽐较各种乘法器⽐较韦其敏08321050引⾔:乘法器频繁地使⽤在数字信号处理和数字通信的各种算法中,并往往影响着整个系统的运⾏速度。
如何实现快速⾼效的乘法器关系着整个系统的运算速度和资源效率。
本位⽤如下算法实现乘法运算:并⾏运算、移位相加、查找表、加法树。
并⾏运算是纯组合逻辑实现乘法器,完全由逻辑门实现;移位相加乘法器将乘法变为加法,通过逐步移位相加实现;查找表乘法器将乘积结果存储于存储器中,将操作数作为地址访问存储器,得到的输出数据就是乘法运算结果;加法树乘法器结合移位相加乘法器和查找表乘法器的优点,增加了芯⽚耗⽤,提⾼运算速度。
注:笔者使⽤综合软件为Quartus II 9.1,选⽤器件为EP2C70,选⽤ModelSim SE 6.1b进⾏仿真,对于其他的软硬件环境,需视具体情况做对应修改。
汇总的⽐较:详细实现过程:1.并⾏乘法器源代码:module Mult1(outcome,a,b);parameter MSB=8;input [MSB:1] a,b;output [2*MSB:1] outcome;assign outcome=a*b;endmodule资源耗⽤情况:ModelSim测试激励⽂件源代码:`timescale 10ns/1ns module Mult1_test();reg [8:1] a,b;wire [16:1] outcome;Mult1 u1(outcome,a,b); parameter delay=2;initialbegina=1;b=0;endinitial foreverbegin#delaya=a+1;b=b+1;if(outcome>=16'h0FFF)$stop;endendmodule仿真时序波形:DE2-70拥有300个嵌⼊式硬件乘法器单元,Quartus II综合并⾏乘法器时⾃动采⽤嵌⼊式乘法器来实现,因此中和报表中仅耗⽤了⼀个LE单元和⼀个九位的嵌⼊式乘法器单元。
乘法器设计方法

乘法器设计方法
乘法器是计算机中用于执行乘法运算的重要组件之一。
乘法器的设计方法可以分为以下几种:
1. 基于模2乘法的乘法器设计方法:此方法利用数字电路中的“与门”和“异或门”等基本逻辑门来实现乘法运算。
根据乘法的位运算特性,可以将乘法拆分成各位上的与门和异或门操作,然后通过级联这些门来实现完整的乘法运算。
2. 基于部分积累加法的乘法器设计方法:该方法利用部分积和累加的方式来实现乘法运算。
乘法器将两个操作数拆分成若干部分积,然后进行部分积的累加,最终得到乘法结果。
这种设计方法可以提高乘法器的运算速度和效率。
3. 基于Booth编码的乘法器设计方法:此方法利用Booth编码技术来减少乘法器中的部分积个数,从而减少乘法器的规模和功耗。
Booth编码是一种通过对数字进行编码来表示正负数的方法,利用Booth编码可以将乘法运算转化为模2加法运算,从而简化乘法器的设计和实现。
4. 基于乘法查找表的乘法器设计方法:该方法利用事先生成好的乘法查找表来实现乘法运算。
乘法查找表中存储了所有可能的乘法结果,通过查表即可得到运算结果。
这种设计方法在少位数乘法中具有较高的速度和效率。
5. 基于并行结构的乘法器设计方法:此方法利用并行计算的原理,将乘法运算过程中的各个部分并行处理,以提高乘法器的
运算速度。
这种设计方法常用于乘法器的优化和高速运算要求较高的场合。
以上是乘法器的一些常见设计方法,具体的设计方法选择应根据实际需求和应用场景来确定。
fpga中做乘法

FPGA中的乘法引言FPGA(现场可编程门阵列)是一种可重构的硬件设备,可以通过编程来实现各种功能。
其中,乘法是FPGA中的常见操作之一。
本文将详细介绍FPGA中的乘法实现方法、应用场景以及优势。
FPGA中的乘法实现方法在FPGA中,乘法可以通过多种方式实现。
下面将介绍两种常见的乘法实现方法。
1. 串行乘法器串行乘法器是一种简单的乘法器实现方法。
它将两个乘数的每一位逐位相乘,并将乘积相加得到最终结果。
具体实现步骤如下:1.将两个乘数进行拆分,得到每一位的值。
2.逐位相乘,得到每一位的乘积。
3.将乘积相加,得到最终结果。
串行乘法器的优点是实现简单,适用于乘数位数较少的情况。
然而,由于每一位的乘积需要逐位相加,因此计算速度较慢。
2. 并行乘法器并行乘法器是一种高效的乘法器实现方法。
它将两个乘数同时拆分成多个部分,并行计算每一部分的乘积,最后将所有部分的乘积相加得到最终结果。
具体实现步骤如下:1.将两个乘数进行拆分,得到多个部分。
2.并行计算每一部分的乘积。
3.将所有部分的乘积相加,得到最终结果。
并行乘法器的优点是计算速度快,适用于乘数位数较多的情况。
然而,实现相对复杂,需要更多的硬件资源。
FPGA中乘法的应用场景乘法在FPGA中有广泛的应用场景,下面将介绍几个常见的应用场景。
1. 信号处理在信号处理中,乘法常用于滤波器和变换器等算法中。
FPGA中的乘法器可以高效地执行这些算法,提供快速且准确的信号处理能力。
2. 数字信号处理在数字信号处理中,乘法器广泛应用于调制解调、编码解码和信号分析等领域。
FPGA中的乘法器可以实现高速且低功耗的数字信号处理算法。
3. 图像处理在图像处理中,乘法器用于实现像素级运算,如图像增强、边缘检测和图像变换等。
FPGA中的乘法器可以并行计算多个像素的乘积,提高图像处理的效率。
4. 科学计算在科学计算中,乘法器用于矩阵运算、向量运算和复数运算等。
FPGA中的乘法器可以并行计算多个元素的乘积,提供高性能的科学计算能力。
数电乘法器

数字电路乘法器1. 介绍数字电路乘法器是一种用于实现数字乘法运算的电子设备。
在现代计算机和其他数字系统中,乘法是一项基本的运算操作,因此乘法器在数字电路设计中起着重要的作用。
本文将介绍数电乘法器的原理、分类和应用。
2. 原理数电乘法器通过将两个二进制数相乘,得到一个更大的结果。
它通常由多个逻辑门和触发器组成,根据不同的设计可以实现不同位数的乘法运算。
2.1 二进制数相乘在二进制系统中,两个二进制数相乘的过程与十进制数相乘类似。
对于两个n位二进制数A和B,结果C为一个2n位的二进制数。
具体计算过程如下:1.将B的每一位与A相乘,并将结果按位左移对应位置。
2.将所有部分结果相加得到最终结果C。
例如,对于4位二进制数1010和3位二进制数110进行相乘:1010x 110--------0000 (1010 * 0)0000 (1010 * 1, 左移一位)+10100 (1010 * 1, 左移两位)--------+1111000 (结果C)2.2 数电乘法器的实现数电乘法器可以通过组合逻辑和时序逻辑来实现。
组合逻辑用于计算各个部分结果,时序逻辑用于将部分结果相加。
常见的数电乘法器有三种类型:串行乘法器、并行乘法器和Booth编码乘法器。
2.2.1 串行乘法器串行乘法器是一种简单的乘法器,它按位进行计算。
每次计算一位,并将结果与进位一起传递给下一位。
由于每次只计算一位,所以速度较慢。
但是它的硬件实现相对简单,适用于低功耗和面积有限的应用。
2.2.2 并行乘法器并行乘法器是一种同时计算多个部分结果的乘法器。
它将输入数划分为多个部分,并使用多个逻辑门同时计算各个部分结果。
最后将所有部分结果相加得到最终结果。
并行乘法器具有较高的运算速度,但需要更多的硬件资源。
2.2.3 Booth编码乘法器Booth编码是一种优化的二进制乘法算法,可以减少乘法器的硬件复杂度。
Booth编码乘法器使用三位编码来表示部分结果,并通过查找表进行计算。
逻辑电路乘法器

逻辑电路乘法器逻辑电路乘法器随着计算机技术的发展,逻辑电路乘法器作为一种重要的电路出现在计算机的各个模块中。
它不仅可以实现数字信号的乘法运算,还可以用于图像处理中的卷积运算等。
1. 乘法器的原理乘法器是一种以电子元件为基础,利用电路实现数字信号乘法运算的装置。
其原理基于数学中的乘法运算法则,即一个数乘另一个数等于两个数的积,例如:2 × 3 = 6。
在电路中,乘法器的输入信号被分为两个部分:一是被称为“乘数”的信号,即需要乘以的值;另一个是被称为“被乘数”的信号,即需要被乘上的值。
两个信号经过电路处理后,得到的输出信号即为乘积。
2. 乘法器的分类根据电路实现的不同方式,乘法器主要分为以下两类:(1)串行乘法器串行乘法器逐位计算,将乘数中的每一位分别与被乘数中的每一位相乘,并将结果相加。
这种电路虽然简单,但由于需要逐位计算,速度慢且耗时长。
(2)并行乘法器并行乘法器可以同时进行多个位的乘法运算,它将原本串行的计算方式转换成平行的计算方式,因此速度较快,广泛应用于现代计算机的各个模块中。
3. 逻辑电路乘法器的实现逻辑电路乘法器的实现需要用到逻辑门电路,例如与门、或门、非门等。
具体实现过程中,可以采用三种方式:(1)部分积乘法器根据乘数的位数进行分组,再将每一组与被乘数相乘后的结果相加。
这种方式直观易懂,比较容易实现。
(2)树型结构乘法器通过递归实现的树型结构乘法器,将乘数和被乘数依次分位相乘并相加。
这种方式虽然计算效率较高,但实现难度较大。
(3)Booth编码乘法器通过Booth编码算法实现的Booth编码乘法器,在进行乘法运算的过程中,可以利用乘数中的01序列和连续的1来进行运算。
这种方式的实现相对较为复杂,但计算速度较快,经常被用于高速数字信号处理领域。
4. 总结逻辑电路乘法器作为一个重要的电路,在数字信号处理领域扮演着重要角色。
通过逻辑门电路实现乘法运算,可以实现高速、准确的计算,为现代计算机的整体性能提供了不可或缺的支持。
组成原理课设阵列乘法器

组成原理课设阵列乘法器在现代科技的发展中,计算机和电子设备的性能提升日新月异。
而在这些设备中,乘法器是一个至关重要的组成部份。
乘法器的性能直接影响到整个系统的运算速度和效率。
因此,设计一个高效且可靠的乘法器是组成原理课程中的一项重要任务。
一、乘法器的基本概念乘法器是一种用于实现两个数相乘的电子电路。
在计算机中,乘法器的作用是进行大量的乘法运算,从而实现复杂的计算任务。
乘法器通常由多个逻辑门和触发器组成,其内部结构可以分为串行乘法器和并行乘法器两种类型。
二、串行乘法器的原理串行乘法器是一种逐位相乘的乘法器,它将两个数的每一位进行相乘,并将结果相加得到最终的乘积。
串行乘法器的原理可以通过以下步骤来说明:1. 将两个数的每一位进行相乘,得到部份积。
2. 将部份积与进位相加,得到新的部份积。
3. 重复以上步骤,直到所有位数都相乘完毕。
4. 将所有的部份积相加,得到最终的乘积。
串行乘法器的优点是结构简单,适合于小规模的乘法运算。
但是由于乘法运算是逐位进行的,所以串行乘法器的运算速度较慢。
三、并行乘法器的原理并行乘法器是一种同时进行多位乘法运算的乘法器,它可以大大提高乘法运算的速度。
并行乘法器的原理可以通过以下步骤来说明:1. 将两个数的每一位进行相乘,得到部份积。
2. 将所有的部份积同时进行相加,得到最终的乘积。
并行乘法器的优点是运算速度快,适合于大规模的乘法运算。
但是由于并行乘法器的结构复杂,所以其设计和实现难度较大。
四、阵列乘法器的原理阵列乘法器是一种基于并行乘法器的乘法器,它通过将乘法运算分解成多个子运算,并将这些子运算并行进行,从而提高乘法运算的速度。
阵列乘法器的原理可以通过以下步骤来说明:1. 将两个数的每一位进行相乘,得到部份积。
2. 将所有的部份积按照位数进行罗列,形成一个二维矩阵。
3. 将矩阵中的每一行进行相加,得到每一位的乘积。
4. 将所有的乘积相加,得到最终的乘积。
阵列乘法器的优点是结构简单、运算速度快,适合于大规模的乘法运算。
6.1 高速并行乘法器的设计

高速并行乘法器的设计实验内容:采用HDPLD实现一个高速并行乘法器,其输入为两个带符号位的4位二进制数。
实验原理:被乘数A的数值位左移,它和乘数B的各个数值位所对应的部分积进行累加运算。
用与门、4位加法器来实现,电路图如图6-1所示。
其中Ps=As⊕Bs,用以产生乘积的符号位。
实验步骤:1.器件选择:本例规模较小,可任选第五章中的CPLD或FPGA器件来实现。
2.设计输入:器件选定以后,使用Altera 的QuartusII软件,并采用原理图输入方式。
图形输入文件如图6-3所示,由于设计软件中含有丰富的元件库,因此可以直接调用与门、异或门和4位加法器等宏模块,其中7483是4位全加器。
在使用图形输入方式时应注意软件所能提供的库函数,以便能正确调用。
图6-3 乘法器的图形输入文件3.逻辑仿真:逻辑仿真是设计校验的重要步骤。
对图形输入文件进行编译成功后,使用开发软件的波形编辑器直接画出输入激励波形,保存波形文件后,启动仿真器,得到显示功能仿真的结果如图6-4所示。
图中被乘数A和乘数B均用1位十六进制数表示,乘积P用2位十六进制数表示。
AS、BS、PS分别是符号位,0表示正数,1表示负数。
例如当A=4,B=3,AS=BS=1时,乘积P=, 表示成十进制为:12,PS=0,表示乘积为正数。
又如当t=80ns时,A=8,B=7,AS=1,BS=0,乘积P=,表示成十进制为:3*16+8=56,而PS=1,表示负数。
从仿真结果还可以看出,运算结果相比于输入是有一定的延时的,有时还会产生一些毛刺,这可能是由于竞争产生的险象,需要改进时序的设计。
设计者能从仿真波形图上推断逻辑设计是否有误并加以改正,仿真结果对于改进设计电路而言是有很大的帮助的。
图6-4 乘法器逻辑仿真波形图实验心得:通过本次高速并行乘法器的设计实验,我掌握了如何进行一个系统设计的基本方法。
而且也掌握了Quartus ii的基本使用方法。
我深深地感受到,如今的社会已完全进入到了计算机时代,作为工程人员,再也不能像以前那样只靠手工来进行设计了,作为工科院校大学生的我们,更需要充分掌握各种工程设计、分析、乃至于加工的软件和工具,充分发挥自主学习的积极性。
ASIC系统设计实验报告八位乘法器

八位乘法器的设计汪明 2080130204 信号与信息处理 乘法是算术运算中经常用到的一个运算单元,所以在算法实现中会经常用到乘法。
由于乘法器具有一定的复杂性,考虑到面积等因素,很多传统的处理器中都不包含乘法器单元,乘法则是通过算法换算成加法和移位在处理器中进行实现,针对这些处理器编写程序的时候应尽量少的应用乘法运算。
随着DSP 技术的逐步发展,目前大多数高性能的处理器中都包含了乘法器运算单元,但仍有很多小型的控制型处理器不包含这一单元,所以设计面积小、速度快、性能稳定的乘法器模块仍然很有意义。
本实验的目的是选用一种设计方案设计一个八位乘法器,利用XINLINX ISE 软件进行VHDL 程序的编写,然后对程序进行仿真验证,并对所设计的乘法器进行评价。
1 原理分析与方案选择乘法器的设计有多种方案,有模拟乘法器、数字乘法器两种类型,前者主要是利用模拟器件对模拟信号进行乘法的设计,复杂度较高,后者则是通过数字器件来实现数字信号的乘法。
本实验利用FPGA 设计数字乘法器件,根据数字信号的乘法运算准则,又有串行和并行两种设计方法,串行设计时被乘数从低位到高位串行输入,乘法结果从低位到高位串行输出,其常用的结构(四位乘法器)如下图(1)所示;并行乘法器的输入/输出采用并行的方式,通常情况下计算性能比串行的好。
图1 四位串行乘法器结构本文采用并行输入/输出方式来进行乘法器的设计。
下面以4位二进制数的乘法为例,对二进制乘法运算的过程(图2示)进行说明。
由图2可知,如果对中间部分一行一行的处理,则乘法部分由一个个的2输入与门与二输入全加器组成,将这些结构联合在一起组成如图3所示的结构。
)0()1()2()3()4()5()6()7(0313233302122232011121310010203001230123pro pro pro pro pro pro pro pro b a b a b a b a b a b a b a b a b a b a b a b a b a b a b a b a a a a a b b b b ----------------------------------------+••••+••••+••••••••⨯K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K 图2 四位二进制乘法过程图3 四位二进制乘法结构图从图3可以看出,上述结构中顶层、底层、中间层分别采用不同的结构,而且中间层的三个层结构完全相同。
《乘法器设计报告》word版

有符号乘法器设计报告——VLSI课程设计2010年12月复旦大学专用集成电路与国家重点实验室第一章 设计要求完成16*16有符号乘法器的设计。
具体设计方案选择要求如下:1、 编码方式:non-booth 编码,Booth 编码,Booth2编码(任选一种)2、 拓扑结构:简单阵列,双阵列,二进制树,Wallace 树(任选一种)3、 加法器:Ripple Carry Adder ,Carry bypass ,Carry select ,Carrylook ahead (任选一种或采用混合方法)设计报告必须包含设计方案说明及选择该方案的理由、仿真和设计结构等。
第二章 设计分析在微控制器(MCU )、微处理器(MPU )、数字信号处理器(DSP )、滤波器(FIR/IIR )等各种电路中都会用到乘法器,乘法器是最基本、最重要的运算模块之一。
并且乘法器往往还是处在关键路径上,所以乘法器的性能就显得更加重要。
伴随着现在工艺水平的提高,模块的面积也随着减小,在一定程度下以面积为代价来追求性能的提升,这也是允许的。
本设计是以追求性能为设计目标的,采用全并行的乘法器电路,设计指标设为传播延时为5ns 。
第三章 乘法器原理分析乘法器通常有三种结构形式,全串行乘法器、串并行乘法器以及全并行乘法器。
全串行乘法器都可以是串行的,需要多个时钟周期,速度很慢;串并行乘法器的一个输入是并行的,另一输入是串行的,乘积串行输出;全并行乘法器,输入和输出都是并行的,电路较为复杂,但是速度极快。
本设计追求的就是速度,所以采用全并行乘法器机构。
16位有符号乘法器可以分为三个部分:根据输入的被乘数和乘数产生部分积、部分积压缩产生和和进位、将产生的和和进位相加。
这三个部分分别对应着编码方式、拓扑结构以及加法器。
3.1 编码方式本设计采用booth2编码。
Booth 算法的提出主要是为了解决有符号数乘法运算中的复杂的符号修正的问题,所以采用booth2编码对于补码表示的两数就不需要考虑符号的问题。
乘法器电路的设计

mult4x4 n1( outa, firsta, firstb, clk ), // 元件调用 n2( outb, firsta, secondb, clk ), n3( outc, seconda, firstb, clk ), n4( outd, seconda, secondb, clk ); always @( posedge clk ) begin out = ( outa << 8 ) + ( outb << 4 ) // 乘积 + ( outc << 4 ) + outd; end endmodule
8位查找表乘法器仿真波形图
9.2.4 加法树乘法器
结构
底层:乘法器
高层:多级加法器 优点 1个时钟周期完成
a×128 b7 a×64 b6 a×32 b5 a×16 b4 a×8 b3 a×4 b2 a×2 b1 a b0 8×1乘法器
8×1乘法器
8×1乘法器 8×1乘法器
加 法 器
加 法 器 加 法 器 加 法 器
乘法器的功能仿真波形图
9.2.3 查找表乘法器
结构
操作数:地址
乘积:存储器 优点 运算速度快 缺点 耗用存储资源多
设计思路
4位查找表乘法器 Y = A×B
A = A1×22+A2
B = B1×22+B2 则 Y = ( A1×22+A2 )×( B1×22+B2 ) = A1×B1×24 + A1×B2×22 a, firstb; // 操作数高4位 reg[3:0] seconda, secondb; // 操作数低4位
并行乘法器-南京理工大学紫金学院vhdl实验报告-eda

EDA技术与应用实验报告实验名称:并行乘法器姓名:学号:班级:通信时间:2013理工大学紫金学院电光系一、实验目的1、学习包集和元件例化语句的使用。
2、学习FLU(全加器单元)电路的设计。
3、学习并行乘法电路的设计。
二、实验原理并行乘法器的电路原理图如下图所示,主要由全加器和与门构成。
并行乘法器原理图三、实验容1、and_2library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity and_2 isport (a,b:in std_logic;y:out std_logic);end and_2;architecture and_2 of and_2 isbeginy <= a and b;end and_2;2、faulibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity fau isport (a,b,cin:in std_logic;s,cout:out std_logic);end fau;architecture fau of fau isbegins <= a xor b xor cin;cout <= (a and b)or(a and cin)or(b and cin);end fau;3、top_rowlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use work.my_components.all;entity top_row isport (a:in std_logic;b:in std_logic_vector(3 downto 0);sout,cout:out std_logic_vector(2 downto 0);p:out std_logic);end top_row;architecture structural of top_row isbeginU1: component and_2 port map(a,b(3),sout(2));U2: component and_2 port map(a,b(2),sout(1));U3: component and_2 port map(a,b(1),sout(0));U4: component and_2 port map(a,b(0),p);cout(2) <= '0';cout(1) <= '0';cout(0) <= '0';end structural;4、mid_rowlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use work.my_components.all;entity mid_row isport (a:in std_logic;b:in std_logic_vector(3 downto 0);sin,cin:in std_logic_vector(2 downto 0);sout,cout:out std_logic_vector(2 downto 0);p:out std_logic);end mid_row;architecture structural of mid_row issignal and_out:std_logic_vector(2 downto 0);beginU1: component and_2 port map(a,b(3),sout(2));U2: component and_2 port map(a,b(2),and_out(2));U3: component and_2 port map(a,b(1),and_out(1));U4: component and_2 port map(a,b(0),and_out(0));U5: component fau port map(sin(2),cin(2),and_out(2), sout(1), cout(2));U6: component fau port map(sin(1),cin(1),and_out(1), sout(0), cout(1));U7: component fau port map(sin(0),cin(0),and_out(0), p, cout(0));end structural;5、lower_rowlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use work.my_components.all;entity lower_row isport (sin,cin:in std_logic_vector(2 downto 0);p:out std_logic_vector(3 downto 0));end lower_row;architecture structural of lower_row issignal local:std_logic_vector(2 downto 0);beginlocal(0) <= '0';U1: component fau port map(sin(0),cin(0),local(0), p(0),local(1));U2: component fau port map(sin(1),cin(1),local(1), p(1),local(2));U3: component fau port map(sin(2),cin(2),local(2), p(2),p(3));end structural;6、my_componentslibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;package my_components iscomponent and_2 isport (a,b:in std_logic; y:out std_logic);end component;component fau isport (a,b,cin:in std_logic; s,cout:out std_logic); end component;component top_row isport (a:in std_logic;b:in std_logic_vector(3 downto 0);sout,cout:out std_logic_vector(2 downto 0);p:out std_logic);end component;component mid_row isport (a:in std_logic;b:in std_logic_vector(3 downto 0);sin,cin:in std_logic_vector(2 downto 0);sout,cout:out std_logic_vector(2 downto 0);p:out std_logic);end component;component lower_row isport (sin,cin:in std_logic_vector(2 downto 0);p:out std_logic_vector(3 downto 0));end component;end my_components;7、multiplierlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use work.my_components.all;entity multiplier isport (a,b:in std_logic_vector(3 downto 0);prod:out std_logic_vector(7 downto 0));end multiplier;architecture structural of multiplier istype matrix is array (0 to 3)ofstd_logic_vector (2 downto 0);signal s,c:matrix;beginU1: component top_row port map (a(0),b,s(0),c(0),prod(0));U2: component mid_row port map (a(1),b,s(0),c(0),s(1), c(1),prod(1));U3: component mid_row port map (a(2),b,s(1),c(1),s(2), c(2),prod(2));U4: component mid_row port map (a(3),b,s(2),c(2),s(3), c(3),prod(3));U5: component lower_row port map(s(3),c(3),prod(7 downto 4));end structural;8、仿真9、把multiplier代码改为百位、十位、个位输出代码如下:library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use work.my_components.all;entity multiplier isport (a,b:in std_logic_vector(3 downto 0);hun,ten,one:out std_logic_vector(3 downto 0)); end multiplier;architecture structural of multiplier istype matrix is array (0 to 3)ofstd_logic_vector (2 downto 0);signal s,c:matrix;signal p:std_logic_vector(7 downto 0);beginU1: component top_row port map (a(0),b,s(0),c(0),p(0));U2: component mid_row port map (a(1),b,s(0),c(0),s(1), c(1),p(1));U3: component mid_row port map (a(2),b,s(1),c(1),s(2), c(2),p(2));U4: component mid_row port map (a(3),b,s(2),c(2),s(3), c(3),p(3));U5: component lower_row port map(s(3),c(3),p(7 downto 4));process(p)variable temp:std_logic_vector(7 downto 0);beginif p >"1100_0111" thenhun <="0010";temp:=p-"1100_1000";elsif p>"0110_0011" thenhun <="0001";temp:=p-"0110_0100";elsehun <="0000";temp:=p;end if;if temp>"0101_1001" thenten <="1001";temp:=temp-"0101_1010"; elsif temp>"0100_1111" then ten <="1000";temp:=temp-"1010_0000"; elsif temp>"0100_0101" then ten <="0111";temp:=temp-"0100_0110"; elsif temp>"0011_1011" then ten <="0110";temp:=temp-"0011_1100"; elsif temp>"0011_0001" then ten <="0101";temp:=temp-"0011_0010"; elsif temp>"0010_0111" then ten <="0100";temp:=temp-"0010_1000"; elsif temp>"0001_1101" then ten <="0011";temp:=temp-"0001_1110"; elsif temp>"0001_0011" then ten <="0010";temp:=temp-"0001_0100"; elsif temp>"0000_1001" then ten <="0001";temp:=temp-"0000_1010"; elseten <="0000";temp:=temp;end if;one <=temp(3 downto 0);end process;end structural;四、小结与体会通过本次实验,我对包集和元件例化语句的使用有了更深刻的了解。
乘法器设计

目 录引言 (1)1 系统设计总述 (1)1.1设计要求 (1)1.2系统组成 (1)1.2.1 乘法器电路基本原理 (1)1.2.2输入数据的获得 (2)1.2.3 数据的选择输入和输出控制 (2)2 设计方案 (2)2.1整体原理框图 (2)2.2模块的划分 (3)2.2.1 运算模块 (3)2.2.2 显示模块 (4)2.2,3 输入模块 (5)2.2.4 数字与符号分离子模块 (5)2.2.5 乘法运算子模块 (6)2.2.6 数字与符号组合子模块 (6)2.2.7 显示控制模块 (7)2.2.8 输出数字与符号分离子模块 (7)2.2.9 进制转换子模块 (7)2.2.10 消零子模块 (8)2.2.11 seltime模块 (8)2.2.12 led模块 (8)2.2.13 灭点子模块 (9)2.3顶层电路图 (9)3 模块仿真及实现方案 (10)3.1 输入模块 (10)3.2 数字与符号分离子模块 (10)3.3 乘法运算子模块 (11)3.4 数字与符号组合子模块 (11)3.5 显示控制模块 (12)3.6 输出数字与符号分离子模块 (12)3.7 进制转换子模块 (12)3.8 消零子模块 (13)3.9 seltime模块 (13)3.10 led模块 (13)3.11 总的波形仿真图 (14)4 硬件测试及说明 (15)5设计结果分析和设计改进 (16)5.1设计结果分析 (16)5.2设计改进 (16)5.2.1 顶层电路图: (17)5.2.2 INPUT模块: (17)5.2.3 SEGSEL模块: (19)5.2.4 DELED模块: (21)5.2.5 锁定管脚电路图: (22)5.2.6 电路波形图: (22)5.2.7 调试现象图: (22)6 课程总结 (23)参考文献 (24)附录:程序代码 (25)1 输入模块 (25)2 数字与符号分离子模块 (25)3 乘法运算子模块 (26)4 数字与符号组合子模块 (26)5 显示控制模块 (27)6 输出数字与符号分离子模块 (27)7 进制转换子模块 (28)8 消零子模块 (28)9 seltime模块 (29)10 led模块 (30)引言电子EDA技术发展迅猛,逐渐在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。
并行乘法器

计算机组成原理专周报告题目8*8位并行乘法器班级xxx学号xx姓名xx指导老师xxx完成时间2012-6-21成都工业学院计算机工程系`目录一、项目名称 (1)二、实验目的 (1)三、实验原理 (1)1、一位全加器(FA)的逻辑结构图 (1)2、原理分析 (1)四、实验步骤及实例结果 (3)1、画图步骤 (3)(1)制作元件原理图符号框、编辑引脚 (3)(2)元器件模型封装入库 (4)(3)设计元器件模型的内部电路、生成模型文件 (4)(4)加载模型文件、完成元器件模型制作 (5)2、实验操作步骤 (5)3、实例结果图 (5)五、心得体会: (6)计算机组成原理专周报告一、项目名称8*8位并行乘法器二、实验目的1)掌握并行乘法器的工作原理并验证功能是否正确。
2)掌握并行乘法器的设计思想,设计一个8*8位并行乘法器。
3)熟悉proteus 7.7 professional软件的使用。
4)复习巩固课堂知识,将所学知识运用于实际,做到学以致用。
三、实验原理1、一位全加器(F A)的逻辑结构图其中Ci,Ai,Bi,P是输入端,Ci+1,Si是输出端。
Ci+1是进位,Si是本位,Ci 是低位向高位的进位。
2、原理分析输入:2个乘数a7a6a5a4a3a2a1a0和b7b6b5b4b3b2b1b0输出:乘积p15p14p13p12p11p10p9p8p7p6p5p4p3p2p1计算公式如下:a7 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0x b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0a7b0 a6b0 a5b0 a4b0 a3b0 a2b0 a1b0 a0b0a7b1 a6b1 a5b1 a4b1 a3b1 a2b1 a1b1 a0b1a7b2 a6b2 a5b2 a4b2 a3b2 a2b2 a1b2 a0b2a7b3 a6b3 a5b3 a4b3 a3b3 a2b3 a1b3 a0b3a7b4 a6b4 a5b4 a4b4 a3b4 a2b4 a1b4 a0b4a7b5 a6b5 a5b5 a4b5 a3b5 a2b5 a1b5 a0b5a7b6 a6b6 a5b6 a4b6 a3b6 a2b6 a1b6 a0b6a7b7 a6b7 a5b7 a4b7 a3b7 a2b7 a1b7 a0b7P15 p14 p13 p12 p11 p10 p9 p8 p7 p6 p5 p4 p3 p2 p1 p0 这里的aibj(0<=i<=7,0<=j<=7)被称为部分积,是一个被加数,共有8*8=64个被加数,可以用25个与门并行的产生,被加数产生如上图所示。
乘法器原理

乘法器原理在现代科技中,乘法器是非常重要的一种电子元件,它可以实现数字信号的乘法运算,广泛应用于各种计算机、通信、控制等领域。
本文将介绍乘法器的工作原理、分类以及应用。
一、乘法器的工作原理乘法器是一种数字电路,它的主要作用是实现数字信号的乘法运算。
在乘法器中,输入信号经过一系列的逻辑门电路处理后,输出结果为两个输入信号的乘积。
乘法器的基本原理可以用以下公式表示: A × B = C其中,A和B为输入信号,C为输出结果。
乘法器的工作原理可以分为两种类型:串行和并行。
串行乘法器是将两个输入信号分别进行位移和加法运算,最终得到输出结果。
而并行乘法器则是将两个输入信号分别进行分解和加法运算,最终得到输出结果。
两种类型的乘法器均采用逻辑门电路实现,具体实现方式有多种。
二、乘法器的分类根据乘法器的不同实现方式,可以将其分为以下几种类型:1. 串行乘法器串行乘法器是一种最简单的乘法器,它采用逐位相乘的方式实现。
串行乘法器的输入信号经过位移和加法运算后,得到输出结果。
串行乘法器的优点是结构简单,适合于低速应用。
但是,由于其逐位相乘的方式,其速度较慢,不适合于高速应用。
2. 并行乘法器并行乘法器是一种较为复杂的乘法器,它采用分解和加法运算的方式实现。
并行乘法器的输入信号分别进行分解,然后进行加法运算,得到输出结果。
并行乘法器的优点是速度快,适合于高速应用。
但是,由于其结构较为复杂,相对于串行乘法器来说,成本较高。
3. Booth乘法器Booth乘法器是一种改进的串行乘法器,它采用位移和加减运算的方式实现。
Booth乘法器的输入信号经过位移和加减运算后,得到输出结果。
Booth乘法器的优点是速度快,适合于高速应用。
但是,由于其结构较为复杂,相对于串行乘法器来说,成本较高。
4. Wallace树乘法器Wallace树乘法器是一种改进的并行乘法器,它采用分解和加法运算的方式实现。
Wallace树乘法器的输入信号分别进行分解,然后进行加法运算,得到输出结果。
4位乘法器设计

U2:ls283 port map(o1=>sb(4 downto 1),o2=>sa,res=>result(7 downto 3));
U3:and4aport map(a=>op2,en=>op1(2),r=>sc);
signal sf:std_logic_vector(3 downto 0);
signal sg:std_logic_vector(3 downto 0);
--signal tmpl:std_logic;
begin
sg<=('0'&sf(3 downto 1));
--tmpl<=op1(1);
u0:and4aport map(a=>op2,en=>op1(1),r=>se);
(3)在芯片引脚设计时,每个脚多对应的时钟脉冲不一样,要看清要求。
(4)了解并行乘法器的设计原理,在给输入引脚输出引脚时钟脉冲时,要符合时钟脉冲的要求。
成绩:指导教师签名:
result(1)<=sd(0);
result(2)<=sb(0);
--result(7 downto 0)<='00000000'
end count;
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity and4ais
signal sb:std_logic_vector(4 downto 0);
八位串 并行乘法器设计

八位串并行乘法器设计作品功能如下:1、输入方式:通过八位拨码开关输入相乘的八位二进制数,按键1和按键2控制乘法器锁存输入的八位二进制数,通过按键3来启动乘法运算。
2、LCD直接显示之前运算的结果。
3、系统时钟采用实验板上提供的50MHz时钟信号源提供时钟的测频基准时间信号。
4、设计成同步电路模式。
一、设计目的:1)熟悉EDA环境下的复杂逻辑模块的设计方法、设计过程及其注意事项;2)学习EDA软件Quartus-II的使用;3)学习硬件描述语言VHDL/Verilog HDL并进行编程;4)学习串并-行乘法器的基本原理和LCD显示的基本原理、控制流程。
二、设计要求:1、采用硬件描述语言VHDL/Verilog HDL设计八位串并行乘法器模块及LCD显示控制模块,并在Quartus-II环境下编译;2、在Quartus-II环境下编辑仿真激励波形,并模拟;3、在MAX-II实验板下载调试;4、撰写设计报告。
三、设计方案:VerilogHDL设计流程:注:1.总体方案是芯片级的2.软件仿真用来检测程序上的逻辑错误3.硬件仿真要根据需要搭成硬件电路,检查逻辑和时序上的错误设计八位串-并行乘法器分为以下三个模块:锁存(按键控制),乘法器(移位相加),LCD显示模块。
拨码开关控制输入数据,key1和key2键进行输入锁存,key1键锁存数据data1,key2键锁存数据data2,等待执行乘法运算,key3键实现乘法的开始运算,结果锁存到数据overcome。
最后,将data1,data2,overcome结果显示到LCD屏幕上。
四、设计过程:1、锁存器模块设计:(参见文件中的reg_bbit.v)module reg_bbit(clk,rst,dain,en,data_reg);input clk,rst,en;input[8:1]dain;output[8:1]data_reg;reg[8:1]data_reg=0;always@(posedge clk or negedge rst)if(!rst)data_reg=8'b 00000000;else if(!en)data_reg=dain;else data_reg=data_reg;endmodule逻辑关系表:仿真图如下:(参见文件中的reg_bbit.vwf)电路图实现:2、乘法运算模块:(参见文件中的mult_8gate.v)module mult_8gate(clk,rst,en,a,b,overcome);parameter size=8;input clk,rst,en;input[8:1]a,b;output[16:1]overcome;reg[16:1]overcome=0;reg[16:1]overcome1=0;integer i=1;always@(posedge clk or negedge rst)begin if(~rst)begin i=1;overcome1=16'b 0000000000000000;end else begin if(i==1)overcome1=16'b 0000000000000000;if(b[i]&&i=8&&!en)begin overcome1=overcome1+(a(i-1));i=i+1;end if(~b[i]&&!en&&i=8)begin overcome1=overcome1;i=i+1;end if(i=8&&en)begin i=1;end if(i 8&&!en)begin overcome1=overcome1;end if(en)begin i=1;overcome1=overcome1;end end end always@(posedge en) begin overcome=overcome1;i=1;end/*always@(negedge en)begin overcome1=0;for(i=1;i=size;i=i+1)if(b[i])overcome1=overcome1+(a(i-1));else overcome1=overcome1;end always@(posedge en)overcome=overcome1;*/endmodule仿真图如下:(参见文件中的mult_8gate.vwf)3、乘法运算和锁存器综合模块:(参见文件中的mul.v)电路实现图Verilog HDL语言编程:module mul(clk,rst,start,en1,en2,daina,dainb,overcome,a,b);input clk,rst;input en1,en2,start;output[8:1]a,b;wire[8:1]a,b;input[8:1]daina,dainb;output[16:1]overcome;reg_bbit u0(clk,rst,daina,en1,a);reg_bbit u1(clk,rst,dainb,en2,b);mult_8gate u2(clk,rst,start,a,b,overcome);endmodule仿真图如下:(参见文件中的mul.vwf)en1是key1键,en2是key2键,start是key3键。
CMOS乘法器版图设计与仿真——第1章-第4章

摘要先进的数字系统为实现高速算术运算都包含有乘法器电路,通常乘法器处于关键延时路径上,因此乘法器的速度对整个系统性能有重要影响。
高速,低功耗,版图规则和占用较少的面积是目前乘法器的设计目标。
通常乘法器速度取决于算法及结构。
乘法器按结构可分为串行(阵列)乘法器和并行乘法器,串行乘法器面积和功耗最小,但是运算速度也最慢,因此高速数字应用系统通常会采用并行乘法器。
本文通过对移位相加串行阵列乘法器和并行阵列乘法器工作原理的深入分析,设计出了4X4位的串行乘法器和4X4位并行乘法器,对它们的延时,面积等参数进行了比较,并对所设计电路的版图仿真。
经过对比2种乘法器的性能,确定并行乘法器比串行乘法器的性能优越,因此高速数字应用系统通常会采用并行乘法器。
在并行乘法器结构基础上,采用层次化设计方式设计出无符号8X8位并行乘法器;在无符号8X8位并行乘法器基础上,设计了符号位扩展,完成了带符号位8X8位并行乘法器的原理图设计、版图设计和后端仿真,并给出了带有延时参数的仿真波形图。
完通过对8X8位并行乘法器结构的分析研究,对带符号8X8并行乘法器设计进行了优化,并完成了优化后带符号8X8并行乘法器的原理图设计、版图设计和后端仿真,经过对比优化前后带符号8X8并行乘法器的运算速度、面积等参数,并比较版图仿真的延时参数,确定经过优化的乘法器性能比优化前更优秀。
关键词:数字乘法器;并行乘法器;串行乘法器;加法器阵列AbstractWith the fast development of integrate circuit technology, the use of powerful EDA tools in the digital design is needed while the scale and the complex of design has increased incessant, also the design cycle is shorted. Especially the micron-electronics with deep-inferior micron, the integration degree of the single slice can be reached to millions transistor, the change of technology has a great effect with the chips, even with the success or fail of system design. This paper is mainly about how to use the cadence EDA tools which developed with the company of cadence to design a CMOS Digital Multiplier.In this paper is mainly introduced the main principle of the digital array multiplier and discussed the advantage of each other. Then 4X4 bit serial multiplier and 4X4 bit parallel multiplier have been designed, we discussed the delay and the area of both multiplier.With the stimulate of the layout of both 4X4 bit multipliers, inproved that the 4X4 bit parallel multiplier is much speeder than 4X4 bit serial multiplier, so the parallel multiplier is always used in the high speed digital application system.Put forward the design of 8X8 bit parallel multiplier which based on the administrative levels. Designed the sign bit extension and finished the schematic, layout and stimulation with layout of 8X8 bit parallel multiplier with sign bit extension. The stimulation wave is shown with delay parameter.Put forward the design of optimized 8X8 bit parallel multiplier, optimized the old design of 8X8 bit parallel multiplier with sign bit extension and finished its schematic, layout and stimulation of layout. And have a comperation of the speed and used area between optimized multiplier with old design. With the result parameter of stimulation of layout, improved that the optimized parallel multiplier is much speed and less area than old design.key words: Digital multiplier ;parallel multiplier;serial multiplier;array adder目录摘要 (V)ABSTRACT (VII)第1章乘法器与EDA工具概述 (1)1.1乘法器分类 (1)1.2EDA工具概述 (2)1.3本文的主要内容 (5)第2章乘法器设计方案选择比较 (6)2.1串行阵列乘法器 (7)2.2并行乘法器原理 (8)2.2.1 并行阵列乘法器 (8)2.2.2 Wallace乘法器 (10)2.2.3 Booth乘法器 (10)2.2.4 Modify Booth-Wallace乘法器 (11)第3章乘法器基本单元设计 (12)3.1二输入异或门设计和仿真 (12)3.2一位全加器设计和仿真 (15)3.3一位半加器的设计与仿真 (22)第4章四位乘法器的设计 (25)4.1四位串行乘法器的设计 (25)4.2四位并行乘法器的设计 (29)第5章基于层次化设计的8位并行乘法器的设计........... 错误!未定义书签。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
state <= s1;
end
end
s2: begin
result <= P;
input [7:0] x, y;
output [15:0] result;
reg [15:0] result;
parameter s0 = 0, s1 = 1, s2 = 2;
reg [2:0] count = 0;
state <= s0;
end
default: ;
endcase
end
endmodule
module multi_CX(clk, x, y, result);
reg [1:0] state = 0;
reg [15:0] P, T;
reg [7:0] y_reg;
always @(posedge clk) begin
case (state)
s0: begin
input clk;
input rst_n;
output [7:0] mul_out;
reg [7:0] mul_out;
reg [7:0] stored0;
reg [7:0] stored1;
下面是用Verilog HDL实现一个4位的流水线乘法器:
Java代码
module multi_4bits_pipelining(mul_a, mul_b, clk, rst_n, mul_out);
input [3:0] mul_a, mul_b;
法器的Verilog HDL实现
博客分类: FPGA
1. 串行乘法器
两个N位二进制数x、y的乘积用简单的方法计算就是利用移位操作来实现。
对应的HDL代码为:
Java代码
module multi_CX(clk, x, y, result);
input clk;
reg [7:0] stored2;
reg [7:0] stored3;
reg [7:0] add01;
reg [7:0] add23;
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
reg [15:0] P, T;
reg [7:0] y_reg;
always @(posedge clk) begin
case (state)
s0: begin
count <= 0;
P <= 0;
y_reg <= y;
T <= {{8{1'b0}}, x};
end
s1: begin
if( == 3'b111)
state <= s2;
else begin
if(y_reg[0] == 1'b1)
if(!rst_n) begin
mul_out <= 0;
stored0 <= 0;
stored1 <= 0;
stored2 <= 0;
stored3 <= 0;
state <= s1;
end
s1: begin
if(count == 3'b111)
state <= s2;
else begin
if(y_reg[0] == 1'b1)
P <= P + T;
else
P <= P;
add01 <= 0;
add23 <= 0;
end
else begin
stored0 <= mul_b[0]? {4'b0, mul_a} : 8'b0;
stored1 <= mul_b[1]? {3'b0, mul_a, 1'b0} : 8'b0;
default: ;
endcase
end
endmodule
对应的功能仿真图为:
乘法功能是正确的,但计算一次乘法需要8个周期。因此可以看出串行乘法器速度比较慢、时延大,但这种乘法器的优点是所占用的资源是所有类型乘法器中最少的,在低速的信号处理中有着广泛的应用。
count <= 0;
P <= 0;
y_reg <= y;
T <= {{8{1'b0}}, x};
state <= s1;
疑问:功能仿真图显示延迟不止8个时钟周期,不知道是为什么?。。。
2.流水线乘法器
一般的快速乘法器通常采用逐位并行的迭代阵列结构,将每个操作数的N位都并行地提交给乘法器。但是一般对于FPGA来讲,进位的速度快于加法的速度,这种阵列结构并不是最优的。所以可以采用多级流水线的形式,将相邻的两个部分乘积结果再加到最终的输出乘积上,即排成一个二叉树形式的结构,这样对于N位乘法器需要lb(N)级来实现。
y_reg <= y_reg >> 1;
T <= T << 1;
count <= count + 1;
state <= s1;
end
end
s2: begin
result <= P;
state <= s0;
end
stored2 <= mul_b[2]? {2'b0, mul_a, 2'b0} : 8'b0;
stored3 <= mul_b[3]? {1'b0, mul_a, 3'b0} : 8'b0;
add01 <= stored1 + stored0;
P <= P + T;
else
P <= P;
y_reg <= y_reg >> 1;
T <= T << 1;
add23 <= stored3 + stored2;
mul_out <= add01 + add23;
end
end
endmodule
input clk;
input [7:0] x, y;
output [15:0] result;
reg [15:0] result;
parameter s0 = 0, s1 = 1, s2 = 2;
reg [2:0] count = 0;
reg [1:0] state = 0;